2ª Série


Atividade 4

FRASCO DE DEWAR ( GARRAFA TÉRMICA )
HISTÓRIA
O frasco de Dewar foi idealizado e inventado pelo cientista escocês James Dewar em 1892. Surgiu como resultado de pesquisas no campo da criogenia. Ele fazia experimentos para determinar o calor específico do Paládio. Para isso, fez uma câmara de bronze envolvida por outra câmara, entre as duas ele retirou o ar criando uma espécie de vácuo parcial. Para evitar a irradiação, Dewar usou originalmente a prata para refletir os raios que emanam calor. Assim a transferência de energia ocorre quase que inteiramente pelo gargalo, que é geralmente feito de com algum isolante térmico. Isso mantinha soluções químicas na temperatura desejada. O frasco foi feito, mais tarde, com diversos materiais, os mais comuns são vidro e alumínio. O projeto de Dewar foi transformado em um item comercial em 1904, quando dois alemães descobriram que ele poderia ser usado para conservar a temperatura de bebidas quentes ou frias. Dewar nunca patenteou seu invento, mas os homens que descobriram seu uso comercial sim, eles receberam os direitos sobre o produto e o comercializaram. Em alguns países a garrafa térmica ainda é uma marca registrada, mas em muitos lugares é uma marca genérica pela popularidade do produto.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
Para o recipiente ser eficiente ele deve anular o máximo possível as trocas de calor, essas trocas ocorrem pela condução, convecção e radiação.
Solução para a condução: Pela condução a transferência de calor se da pelo choque entre partículas que compõem o sistema, para isso as paredes do frasco interno são isolantes térmicos, dificultando a passagem do calor para o ar rarefeito entre os frascos e exterior. Uma barreira ainda maior para a condução é o próprio ar rarefeito, ele impede que boa parte do calor do recipiente interno vá para o ambiente externo.
Solução para a convecção: Pela convecção a troca de calor ocorre nos fluidos, ocasionada pela diferença de densidade dos componentes do sistema, para isso o ar é retirado entre os recipientes, o ar rarefeito que resta realiza as trocas de calor por convecção, mas de maneira muito reduzida.
Solução para radiação: Pela radiação o calor é transferido sem que haja contato entre os corpos, se dá por ondas eletromagnéticas. Para evitar essa troca de calor, a parte interna da garrafa é espelhada, desta forma os raios infravermelhos emanados pela substancia dentro da garrafa serão refletidos e a temperatura no interior do recipiente se manterá constante. 

Questões de reflexão. (copie e responda no seu caderno)

1. A figura abaixo representa um corte transversal numa garrafa térmica hermeticamente fechada. Ela é constituída por duas paredes. A parede interna é espelhada em suas duas faces e entre ela e a parede externa existe uma região com vácuo. Como se explica o fato de que a temperatura de um fluído no interior da garrafa mantém-se quase que inalterada durante um longo período de tempo? Copie todas as alternativas justificando as erradas!
a) A temperatura só permanecerá inalterada, se o líquido estiver com uma baixa temperatura.
b) As faces espelhadas da parede interna impedem totalmente a propagação do calor por condução.
c) Como a parede interna é duplamente espelhada, ela reflete o calor que chega por irradiação, e a região de vácuo evita a propagação do calor através da condução e convecção.
d) Devido à existência de vácuo entre as paredes, o líquido não perde calor para o ambiente através de radiação eletromagnética.
e) Qualquer material plástico é um isolante térmico perfeito, impedindo, portanto, toda e qualquer propagação de calor através dele.

2. Analise as afirmativas a seguir e em seguida marque a alternativa correta:
I) Um corpo pode permanecer com sua temperatura inalterada, mesmo que esteja ganhando ou perdendo energia térmica.
II) A quantidade de calor que altera a temperatura de um corpo chama-se calor sensível.
III) A energia do Sol não pode chegar até nós através dos processos de condução e convecção térmica.
a) Apenas as afirmativas II e III são corretas
b) Apenas as afirmativas I e III são corretas
c) Apenas a afirmativa III está correta
d) Apenas as afirmativas I e II são corretas
e) Todas as afirmativas são corretas.

3. Duas salas idênticas estão separadas por uma divisória de espessura L = 5,0 cm, área A = 100m2  e condutividade térmica K = 2 W/mK. O ar contido em cada sala encontra-se, inicialmente, à temperatura T2 = 47°C e T1 = 27°C, respectivamente. Considerando o ar como um gás ideal e o conjunto das duas salas um sistema isolado, calcule o fluxo de calor através da divisória relativo às temperaturas iniciais T2 e T1 .

4. Calor é uma forma de energia que se transfere de um corpo para outro em virtude de uma diferença de temperatura entre eles. Há três processos de propagação de calor: condução, convecção e radiação.
Em relação à transferência de calor, afirma-se que:
I. Em dias frios, os pássaros costumam eriçar suas penas para acumular ar entre elas. Nesse caso, o ar acumulado constitui-se em um bom isolante térmico diminuindo as trocas de calor, por condução, com o ambiente.
II. Correntes de convecção na atmosfera costumam ser aproveitadas por aviões planadores e asas delta para ganharem altura. Tais correntes são originadas por diferenças de temperaturas entre duas regiões quaisquer da Terra.
III. As paredes internas das garrafas térmicas são espelhadas com o objetivo de diminuir as trocas de calor por radiação.
Está correto o que se afirma em
a) I, II e III.
b) apenas I e II.
c) apenas I e III.
d) apenas II e III.
e) apenas III.

5. O uso mais popular de energia solar está associado ao fornecimento de água quente para fins domésticos. Na figura abaixo, é ilustrado um aquecedor de água constituído de dois tanques pretos dentro de uma caixa termicamente isolada e com cobertura de vidro, os quais absorvem energia solar. Nesse sistema de aquecimento,
a) os tanques, por serem de cor preta, são maus absorvedores de calor e reduzem as perdas de energia. 
b) a cobertura de vidro deixa passar a energia luminosa e reduz a perda de energia térmica utilizada para o aquecimento.
c) a água circula devido à variação de energia luminosa existente entre os pontos X e Y.
d) a camada refletiva tem como função armazenar energia luminosa.
e) o vidro, por ser bom condutor de calor, permite que se mantenha constante a temperatura no interior da caixa.

6. O chamado "efeito estufa", devido ao excesso de gás carbônico presente na atmosfera, provocado pelos poluentes, faz aumentar a temperatura porque:
a) a atmosfera é transparente à energia radiante do Sol e opaca às ondas de calor
b) a atmosfera é opaca à energia radiante do Sol e transparente para ondas de calor
c) a atmosfera é transparente tanto para a energia radiante do Sol como para as ondas de calor

d) a atmosfera funciona como um meio refletor para a energia radiante e como meio absorvente para a energia térmica.

7. O agricultor Flauzino, preocupado com a necessidade de abastecer sua residência com água aquecida para ser usada na pia da cozinha e para o banho das pessoas de sua família, construiu um dispositivo valendo-se de uma mangueira longa de cor preta e garrafas plásticas vazias de refrigerante. Um furo feito na base das garrafas permitiu lhe atravessá-las com a mangueira, formando um longo colar, como mostra a figura abaixo. 



Com uma das pontas da mangueira mergulhada em um lago próximo à residência e a outra extremidade atingindo, a 7 m de altura, a caixa d’água de sua casa, ele conseguiu o suprimento de água aquecida de que necessitava. Para seu orgulho e alegria, em um dia sem nuvens, ele pôde verificar que a temperatura da água ao sair pelas torneiras atingia 45ºC e seu filho Luis pode tomar banho até que fim, pois ninguém aguentava mais o cheiro dele depois do campeonato montanhabikenocu.
Com relação à situação apresentada, julgue os seguintes itens em verdadeiro ou falso
(  ) A temperatura da água na saída das torneiras poderia ser maior que 45ºC se a caixa d’água fosse revestida externamente com uma camada grossa de isopor.
(  ) As garrafas plásticas no dispositivo do Sr Flauzino funcionam como uma superfície refletora para as radiações infra-vermelhas oriundas da mangueira aquecida.
(  ) Em um dia nublado, o mesmo resultado seria esperado caso fosse usada uma mangueira de cor clara.
(  ) Para poder elevar a água desde o nível do lago até a entrada da caixa d’água, é necessário o uso de um sistema de bombeamento.




_______________________________________________________________________________

Atividade 3

Comportamento anormal da água


Em geral, elevando-se a temperatura de uma substância ocorre um aumento do volume.
A água, por sua vez, não se comporta termicamente como a maioria das substâncias, e isso causa consequências muito importantes na natureza, em virtude da sua abundância em nosso planeta. 
Aquecendo certa massa de água, inicialmente a 0°C, até a temperatura de 100°C, verificamos que de 0°C a 4°C o volume diminui, pois o nível da água no recipiente baixa, ocorrendo contração. A partir de 4°C, continuando o aquecimento, o nível da água sobe o que significa aumento de volume, ocorrendo dilatação.


Esse comportamento é explicado pela existência de um tipo especial de ligação entre suas moléculas: as chamadas pontes de hidrogênio.
Essa ligação é de natureza elétrica e ocorre entre átomos de hidrogênio de moléculas diferentes. As pontes de hidrogênio estabelecem-se porque as moléculas de água são polares, isto é, apresentam certa polaridade elétrica. 
Portanto, quando a temperatura de certa quantidade de água aumenta a partir de 0 ºC, ocorrem dois efeitos que se opõem quanto à sua manifestação macroscópica.
• a maior agitação térmica molecular produz um aumento na distância média entre as moléculas, o que se traduz por um aumento de volume.
Ambos os efeitos estão sempre ocorrendo. A predominância de um ou outro efeito é que vai acarretar na dilatação ou contração da água. Daí podemos concluir que, de 0 ºC a 4 ºC, predomina o segundo efeito (rompimento das pontes de hidrogênio), acarretando a contração da água. No aquecimento acima de 4 ºC, o efeito predominante passa a ser o primeiro (aumento da distância entre as moléculas) e, por isso, ocorre a dilatação. 
Esse comportamento anormal da água permite a existência de vida marinha nas regiões onde o inverno é extremamente rigoroso. 
Tal fenômeno permite que os lagos tenham suas superfícies congeladas, porém, a água no fundo permanece no estado líquido, com temperaturas entre 0 ºC e 4 ºC. 
A densidade (d = m/v) varia inversamente com o volume V. Então, de 0 °C a 4 °C a densidade da água aumenta, pois o volume diminui, nesse intervalo. Acima de 4°C, o volume da água aumenta e, portanto, a densidade diminui. Sendo o volume da água mínimo a 4°C, nessa temperatura ela apresenta sua densidade máxima. O gráfico abaixo mostra como a densidade da água varia com a temperatura:
Quando caí a temperatura ambiente, a água se resfria por convecção: a água da superfície, mais fria, desce, pois tem maior densidade que a água do fundo, que, sendo mais quente, sobe.
No entanto, ao ser atingida a temperatura de 4 °C, a movimentação por diferença de densidade não é mais possível, pois a essa temperatura a água tem densidade máxima. Continuando o resfriamento do ambiente, a densidade da água superficial diminui, não podendo mais descer. Assim, chega a se formar gelo na superfície e a água no fundo permanece líquida. Contribui para esse fenômeno o fato de a água e o gelo serem isolantes térmicos. No diagrama abaixo, representa-se uma situação em que o ambiente está a - 5 °C e a água no fundo está a 4 °C.


Sobrefusão 

A sobrefusão é um fenômeno que consiste em resfriar um líquido, lentamente e sem pertubação, abaixo de sua temperatura de fusão (ponto onde uma substancia passa de líquido para sólido e vice-versa), sem que ele passe para o estado sólido. Este acontecimento é explicado admitindo que o líquido sobrefundido se encontre em estado de equilíbrio meta-estável, onde apesar de estar em temperaturas abaixo do mínimo para se manter líquido, ainda há calor retido em seu interior suficiente para o manter líquido, formando cristais apenas ao redor de impurezas. Esta explicação é justificada pelo fato de que qualquer pertubação que o líquido é submetido (seja uma partícula em contato, ou uma movimentação), ele solidifica-se completa e instantaneamente. Assim que o líquido sobrefundido se solidifica, ele imediatamente aumenta sua temperatura até seu ponto de ebulição, e torna-se líquido.
Portanto, não pense que é mentira se você ver em algum lugar, freezers armazenando água ou cerveja à -6ºC, lá eles estão quietos e sendo resfriados lentamente, por isso não cristalizam, isso até alguém chegar com sua mão e liberar a reação.

As cervejas, nada mais é do que uma solução aquosa. Na água nós temos as substâncias responsáveis pelo sabor e odor dissolvidas, juntamente com o álcool e o gás carbônico. Ao ser engarrafada, a pressão interna aumenta, abaixando o ponto de congelamento. A presença do álcool também abaixa o ponto de congelamento, mas por estar presente em pequena quantidade (aproximadamente 5% na cerveja), altera pouco. A mistura de todas estas substâncias é que explica porque a cerveja não congela em temperatura bem abaixo da de congelamento da água, sendo possível encontrá-la no estado líquido mesmo abaixo de 0 ºC.
A sobrefusão ocorre porque a cerveja recebe em sua fabricação a adição de gás carbônico (CO2), que aumenta a pressão dentro da garrafa. A pressão e as baixas temperaturas fazem com que uma quantidade maior de gás carbônico permaneça no líquido. Em certas temperaturas pouco abaixo de zero graus Celsius, essa mistura encontra-se em estado bastante instável (em sobrefusão), em que uma pequena alteração na temperatura basta para congelá-la.
Quando seguramos a garrafa pelo meio, causamos um desequilíbrio em seu interior, O calor de nossas mãos faz com que mais gás carbônico dissolvido na cerveja passe do estado líquido para o estado gasoso, sendo liberado. Isso reduz ainda mais a temperatura do líquido, que acaba congelando. Quando, porém, seguramos a garrafa pelo gargalo, a alteração é mínima e a cerveja permanece líquida.

Questões para refletir. (copiar e responder no caderno)

1. De acordo com o texto, qual a razão da água diminuir seu volume quando aquecemos ela de 0º C à 4º C ?
2. De acordo com o texto, o que tem de importância para o ecossistema, em regiões de inverno rigoroso, o comportamento anormal da água ? 
3.  Explique porque uma garrafa fechada com líquido estoura no congelador e quando gaseificada não estoura.
4. Determine a quantidade de calor cedida ao ambiente (em joules) e a potência térmica  (em watt) necessária para transformar a massa de 500 gramas de água à 30º C em gelo à 0º C durante 10 segundos, sob pressão normal. Adote:
calor específico da água = 1 cal/ g ºC
calor latente do gelo para solidificação = - 80 cal/ g
1 caloria = 4,2 joules (aproximadamente)




________________________________________________




Avaliação para os dias 6, 7 e 8 de março (até as 18 horas). 
Não esqueça de identificar-se e concluir a avaliação no final.

Assuntos: Termometria e Dilatometria

Acesso o link e boa prova: 

________________________________________________

Atividade 2

Dilatometria no cotidiano


Em 11 de junho de 1996, véspera do Dia dos Namorados, as centenas de pessoas que circulavam pelo Osasco Plaza Shopping, na Grande São Paulo, viveram um dia de horror, que comoveu todo o País. O gás que passava na tubulação abaixo do piso da praça de alimentação vazou e, pelo contato com alguma faísca, fez voar parte do prédio. A explosão matou 42 pessoas e feriu 372.

Semanas antes da explosão, clientes e funcionários reclamavam do forte odor de gás de cozinha que havia na praça de alimentação. A administração do shopping chegou a chamar técnicos da distribuidora, na época a Ultragás, para averiguar se havia vazamento na rede. Entretando, mesmo após duas visitas, nada foi constatado. A administradora resolveu então chamar técnicos da concorrente Liquigás, mas nada encontraram também. 
A principal causa apontada para a explosão foi a falta de ventilação no porão onde se encontrava a tubulação de gás. Porém, durante a perícia, foram constados outros erros, dentre eles o fato de o local da instalação de gás não ter sido o previsto no projeto e o uso de roscas e vedações inadequadas. 
A administradora do shopping e a construtora entraram numa batalha judicial, relegando a culpa entre elas. Em 1999 foram condenados por negligência o diretor comercial do shopping, Marcelo Marinho Zanotto e os engenheiros Antônio das Graças Fernandes, Rubens Molinari, Edson Pope e Flávio Camargo. Em 2005, quase 10 anos após o acontecido, o Tribunal de Justiça de São Paulo absolveu os quatro engenheiros. 
A reforma foi estimada em 5 milhões e muitos comerciantes perderam tudo. A administradora do shopping afirmou ter pago cerca de R$ 25 milhões em indenizações, tendo ressarcido os danos de todos os acidentados, mesmo assumindo a postura de culpar a distribuidora Ultragás pela tragédia. 
Ao sofrer uma variação de temperatura, todas as dimensões de um corpo se alteram, microscopicamente a dilatação térmica explica-se pela modificação dos espaços intermoleculares. Quando a temperatura aumenta, cresce a agitação molecular: a consequência imediata é o aumento da distância média entre as moléculas, o que se traduz, macroscopicamente, por um aumento nas dimensões do corpo. Raciocínio análogo pode ser feito para explicar a diminuição das dimensões do corpo quando sua temperatura diminui.
Para o comprimento de uma barra, trilhos, tubos, fios, qualquer distância entre dois pontos considerada falamos em dilatação térmica linear e para isso devemos deixar juntas próprias para não causar danos materiais e vitimas como ocorreu na tubulação de gás no shopping de Osasco.
Modelos de juntas de dilatação térmica linear para tubulações



Questões para refletir  (copiar e responder no caderno) para o dia 3 de março

1. Qual foi a causa do acidente no Shopping Osasco em 1996 e como poderia ser evitado?
2. Uma tubulação de 5000 metros pode sofrer variação de temperatura de até 50º C no subsolo. Determine o comprimento final de cada tubulação feita dos metais da tabela abaixo.
3. Explique o funcionamento do radiador nos veículos e a utilização da mangueira sanfonada em destaque na cor azul da foto abaixo.



____________________________________________

Atividade 1

Criogenia humana

A técnica de manter cadáveres congelados anos a fio para ressuscitá-los um dia é chamada de criogenia humana. Hoje, isso já dá certo com embriões: óvulos fecundados podem ficar na "geladeira" com chances boas de sobreviver a um descongelamento - estima-se que perto de 60% deles conseguem vingar, dando origem a um bebê. Por isso, um bocado de gente acredita que isso ainda vai funcionar com seres humanos inteiros. Até agora, cerca de 111 pessoas já foram congeladas depois da morte e esperam por vida nova no futuro.
A ideia é fantástica: você morre e os médicos o colocam num tanque de nitrogênio líquido, guardado próximo a 73 Kelvin, temperatura em que o cadáver não apodrece. Aí, daqui a uns 500 anos, os cientistas descobrem um jeito de combater a doença que causou sua morte e o degelam. Uma beleza, né? Mas o processo não é tão simples. "Os próprios métodos usados para congelar uma pessoa causam danos às células que só poderiam ser reparados por tecnologias que ainda não existem", afirma o físico americano Robert Ettinger, considerado o grande divulgador da criogenia. Por enquanto, o congelamento não funciona com pessoas porque o líquido que compõe as células vira gelo, aumentando de tamanho e fazendo-as trincar. Com os embriões congelados, esse efeito é evitado com a aplicação de substâncias químicas que driblam a formação de cristais de gelo, impedindo que as paredes celulares se danifiquem. "Mas com os seres humanos desenvolvidos o problema é que cada tipo de célula exige uma substância protetora diferente, e muitas delas ainda não foram inventadas", diz o ginecologista Ricardo Baruffi, da Maternidade Sinhá Junqueira, em Ribeirão Preto (SP), um especialista em congelamento de embriões. Quer tentar a sorte mesmo assim? Então é melhor se mudar para os Estados Unidos, porque as duas únicas empresas no mundo com estrutura para receber novos "pacientes" ficam lá. E, se você quiser levar um bichinho de estimação para não se sentir muito sozinho daqui a 500 anos, sem problemas. Dez gatos, sete cachorros e até um papagaio já entraram nessa fria com seus donos.

Assista o vídeo sobre criogenia 


Questões de reflexão (copiar e responder no caderno) dia 5/fevereiro/2015

1. A criogenia ocorre, segundo o texto, na temperatura próxima de 73 kelvin. Determine esta temperatura na escala celsius e na escala fahrenheit.
2. Por que, segundo o texto, ainda não é possível realizar com sucesso a criogenia nos seres humanos?
3. Por que, segundo o vídeo, as pessoas são congeladas e armazenadas de cabeça para baixo?

Category: 0 comentários

0 comentários:

Postar um comentário

Comente aqui algo interessante sobre o assunto!